Neubau Holzschnitzelheizung Bauprojekt

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1 Durena AG Murackerstrasse 6, Postfach 188 CH-5600 Lenzburg T Durena AG Selnaustrasse 3 CH-8001 Zürich Gemeinde Wil ZH Neubau Holzschnitzelheizung Bericht Revision Januar 2016

2 QS-Blatt Auftraggeber: Titel: Dateiname Bericht: Verteiler extern: Verteiler intern: Gemeinde Wil/ZH Gemeinderat Dorfstrasse 15a 8196 Wil ZH Neubau Holzschnitzelheizung P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx Herr P. Graf, per Herr P. Frei, per Herr W. Meier, per Frau K. Wickihalder, per Michael Steinfeld Thomas Weyermann René Nijsen Berichtsammlung Durena AG Revision 2: verfasst Thomas Weyermann Projektleiter geprüft René Nijsen PQM Änderungen bei letzter Revision: Fremdanlagen bei den Investitionskosten separat ausgewiesen Fremdanlagen bei den Kapitalkosten nicht berücksichtigt auf Wärmebedarf der Gemeinde (Bestand) angepasst. Private Bezüger als Option. Preismodell für private Bezüger überarbeitet Urheberrechte: Kein Teil des vorliegenden Dokumentes darf ohne ausdrückliche Genehmigung der Durena AG weiterverarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Die Urheberrechte an den Inhalten sind Eigentum der Durena AG. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 2 von 24

3 Inhaltsverzeichnis 1 Zusammenfassung 4 2 Einleitung 5 3 Auslegungsgrundlagen und Randbedingungen 6 4 Anlagenkonzept und Dimensionierung Wärmeerzeugung Schnitzelsilo Wärmeverteilung Wärmeabgabe Mess-, Steuer-, Regeltechnik und Leitsystem (MSRL) Zusammenfassung technische Daten 16 5 Demontagen 17 6 Hoch- und Tiefbau 17 7 Wirtschaftlichkeit Methodik Randbedingungen Investitionskosten (+-10%) Jahres- und Wärmegestehungskostenrechnung Private Bezüger 21 8 Beurteilung und weiteres Vorgehen Beurteilung Weiteres Vorgehen 23 9 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Anhang Dispositionsplan - Variante 2, P. Frei + Partner AG/Durena (A1) Dispositionsplan Vorabzug, Schmid AG (A2) Prinzipschema Heizzentrale (A2) 24 P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 3 von 24

4 1 Zusammenfassung Technik Investitionskosten Beurteilung und weiteres Vorgehen Die neue Heizzentrale wird als monovalente 1-Holzschnitzelkessel Anlage mit 360 kw ausgeführt. Der Holzkessel mit Vorschubrost und automatischer Zündeinrichtung ermöglicht eine wartungsarme Verbrennung bei unterschiedlichen Holzarten und Holzfeuchten. Die entstehende Asche und Staubemissionen werden dabei automatisch aufgefangen. Für einen effizienten, kontinuierlichen und emissionsarmen Betrieb sorgt ein 20 m 3 Wärmespeicher. Zur Versorgungssicherheit bestehen Notfallstutzen für eine mobile Heizölheizung. Die Heizzentrale wird mit einem 165 m langen erdverlegten Leitungsstück am bestehenden Wärmeverbund angeschlossen. Mittels einer witterungsgeführten Fernwärmegruppe wird die Wärme vom Energiespeicher zu den einzelnen Bezügern transportiert. Das angelieferte Holz wird in ein 2 m tiefes Silo mit Schubbodenaustragung abgekippt. Der Holzschnitzelhaufen ist anschliessend mit einem Radlader befahrbar. Zwei automatisierte Förderschnecken führen die Hackschnitzel dosiert zum Verbrennungsraum des Holzkessels. Eine übergeordnete Steuerung verbindet, reguliert und visualisiert alle Komponenten der Heizzentrale zu einem einheitlichen System. Die Investitionskosten wurden auf Stufe mit einer Kostengenauigkeit ±10% ermittelt. Die Investitionskosten betragen Mio. Fr. (inkl. MwSt.). Darin enthalten sind Fremdanlagen von rund Fr. (inkl. MwSt.). Die guten Platzverhältnisse beim neuen Standort würden in Zukunft einen einfachen und bedarfsgerechten Ausbau der Heizleistung, sowie die Möglichkeit von weiteren, auch privaten Anschlüssen, am Wärmeverbund ermöglichen. Durch den Einsatz eines Energiespeichers kann zu 100% auf den CO 2-neutralen Brennstoff Holz gesetzt werden, welcher zudem Arbeit und Ertrag in der Gemeinde generiert. Der Ersatz der bestehenden Holzschnitzelanlage führt zu verminderten Verkehrs-, Geruchs-und Geräuschimmissionen im Dorfzentrum. Die konzipierte Anlage entspricht dem Stand der Technik sowie den Anforderung des AWEL an Holzfeuerungen für einen emissionsarmen Betrieb und ist entsprechend QM-Holzheizwerke ausgelegt. Nach einem positiven Entscheid an der vorberatenden Gemeindeversammlung vom 21. März 2016 und an der Urnenabstimmung vom 5. Juni 2016, kann das Ausführungsprojekt gestartet werden. Eine Realisierung auf die Heizsaison 2017/18 ist dann inkl. der erforderlichen Fernwärmeleitungen realistisch. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 4 von 24

5 2 Einleitung Ausgangslage Auftrag Zielsetzung Grundlagen Die Gemeinde Wil/ZH betreibt seit rund 32 Jahren im Gemeindehaus eine Holzschnitzelheizung, welche gemeindeeigene Objekte über einen Nahwärmeverbund versorgt. Der Holzschnitzelkessel hat seine Lebensdauererwartung mehr als erreicht und muss ersetzt werden. Zudem besteht eine Sanierungspflicht bezüglich den Rauchgasemissionen, welche den Einbau eines Rauchgasfilters notwendig macht. Nach der erfolgten Umzonung des gemeindeeigenen Grundstücks (Kat Nr. 187) in die Zone der öffentlichen Bauten und Anlagen vom 18. Mai 2014 und der Genehmigung durch das Amt für Raumentwicklung vom 11. Mai 2015, soll auf diesem Grundstück eine neue Heizzentrale auf Basis von Holzschnitzeln entstehen. Die bestehende Holzschnitzelanlage soll rückgebaut werden und der bestehende Wärmeverbund mittels neuer Leitung an die Heizzentrale angeschlossen werden. Durch die neue Heizzentrale können begrenzt zusätzliche Objekte, welche am Wärmeverbund angrenzen, angeschlossen werden. Der Firma Durena AG wurde im August 2015 durch die Gemeinde Wil ZH der Planungsauftrag für die Ausarbeitung eines es mit Kostenvoranschlag (±10%) für einen Neubau einer Holzschnitzelanlage mit Anschlussleitung an den bestehenden Nahwärmeverbund erteilt. Das vorliegende soll die Entscheidungsgrundlage für die Gemeindeversammlung sein, damit ein entsprechender Investitionskredit zur Realisierung beantragt werden kann. Im Rahmen des sollen die folgenden Ziele erreicht werden: Erstellen eines Anlagenkonzepts Dimensionierung und Auslegung der Anlagenkomponenten Beschreibung der vorgesehenen Technik Definitive Konzeption Holzschnitzellagerung- und -befüllung Anordnungsplan und Prinzipschema der Anlage Ermitteln der Investitionskosten ± 10% Ermitteln der Jahres- und Wärmegestehungskosten Als Grundlagen für das dienen: [1] Besprechung Herren Graf/Weyermann vom 08. Januar 2016 [2] Bausitzung 3 vom 25. November 2015 [3] Besichtigungen inkl. Sitzung vom 19. Oktober 2015 [4] Bausitzung 2 vom 09. September 2015 [5] Aktennotiz Konzeptvarianten für das vom 7. September 2015 [6] Bausitzung 1 vom 13. August 2015 [7] Ausschreibung Gesamtplanung der Gemeinde Wil ZH vom 26. Juni 2015 [8] Studie von Durena AG Ersatz Holzschnitzelheizung Vergleichsstudie vom 27. Januar P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 5 von 24

6 3 Auslegungsgrundlagen und Randbedingungen Grundlagedaten Holzschnitzelverbrauch von durchschnittlich ca. 800 Sm 3 /a Durchschnittlicher Heizölverbrauch der letzten Jahre von lt./a Heutiges Energieholzsortiment Resultate aus Interessentenumfragen Kein BWW, kein Sommerbetrieb Projektkonzept Wärmebedarf Gemäss Vorgaben der Gemeinde Wil ZH soll ausschliesslich Holz als Energiequelle für die Heizwärme genutzt werden. Die neue Heizzentrale soll als kostengünstiger Zweckbau mit zukünftiger Ausbaufähigkeit konzipiert werden. Durch den Neubau soll die Möglichkeit bestehen, zusätzliche Objekte am Wärmeverbund anzuschliessen. Die Holzlogistik wird mit dem Holzlieferanten, der Gemeinde Wil und mit der Besichtigung von ähnlichen Heizzentralen definiert. Aus dem durchschnittlichen Holzschnitzel- und Heizölverbrauch der letzten Jahre wurde ein Wärmeleistungsbedarf von 323 kw für die Gemeindeobjekte errechnet (Siehe Studie Durena vom ). Allerdings ist zu bemerken, dass der Energiebedarf über die 4 Jahre stetig abnahm, was nicht vollständig mit den jeweiligen Heizgradtagen zu erklären ist. Wärmebedarf bestehender WV (Gemeindeobjekte) Obj.-Nr. Objekt Leistung Volllast-h Nutzenergiebedarf 1 Gemeindehaus 38 kw 1'800 h/a 68'400 kwh/a 2 Restaurant Sternen 99 kw 2'000 h/a 198'000 kwh/a 3 Alterswohnungen 23 kw 2'000 h/a 46'000 kwh/a 4 Schulhaus 114 kw 1'700 h/a 193'800 kwh/a 5/6 Kindergarten + Feuerwe 49 kw 1'700 h/a 83'300 kwh/a Gemeindeobjekte 323 kw 1'825 h/a 589'500 kwh/a Tabelle 1: Wärmebedarf Gemeindeobjekte Abbildung 1: Jahresdauerlinie Wärmebedarf Gemeindeobjekte P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 6 von 24

7 Aus der Jahresdauerlinie ist ersichtlich, dass in einem Jahr während ca Stunden Wärme benötigt wird. Dabei wird grösstenteils eine Wärmeleistung zwischen 0 MW und 0.25 MW gefordert. Die Leistungsspitze von 323 kw bzw MW wird nur für kurze Zeit an den sehr kalten Tagen benötigt. Es wird von einem Verteilverlust von ca. 10 % des Jahreswärmebedarfs ausgegangen. Wärmebedarf Private Aufgrund der Rückmeldungen der privaten Interessenten, welche am bestehenden Wärmeverbund angrenzen, hat sich ergeben, dass 6 Objekte mit einer Wärmeleistung von insgesamt 101 kw an einem Anschluss grundsätzlich interessiert sind. Dabei haben 2 Objekte (11&22) kurzfristiges Interesse anzuschliessen (bei Inbetriebnahme 2017) und 4 Objekte längerfristiges Interesse (Anschlussjahr offen). Rechnet man für Parzelle 3001 eine mögliche Überbauung mit einer Wärmeleistung von 46 kw dazu (Parzelle 3 000m2 / Ausnützungsziffer 0.5 / Grenzwerte SIA 380/1), kann von einem längerfristigen zusätzlichen maximalen Wärmeleistungsbedarf von rund 147 kw von privater Seite ausgegangen werden. Wärmebedarf Ausbaupotential (private Interessenten) Obj.-Nr. Objekt Leistung Volllast-h Nutzenergiebedarf 11 MFH / Geschäft 43 kw 1'800 h/a 77'350 kwh/a 15 EFH 11 kw 1'950 h/a 21'000 kwh/a 17 Restaurant 17 kw 1'950 h/a 34'000 kwh/a 19 EFH 5 kw 1'950 h/a 10'200 kwh/a 22 ZFH 12 kw 1'950 h/a 23'800 kwh/a 24 EFH 13 kw 1'950 h/a 25'500 kwh/a 30 Neubau (Parzelle 3001) 46 kw 1'950 h/a 90'000 kwh/a Total Ausbaupotential 147 kw 1'917 h/a 281'850 kwh/a Tabelle 2: Wärmebedarf private Interessenten P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 7 von 24

8 Übersichtsplan Auf nachfolgendem Plan sind die heutige Situation sowie die zukünftig geplante Situation dargestellt. Derzeit ist im Gemeindehaus (Objektnummer 1) ein Holzkessel in Betrieb, welcher mittels Fernleitung die übrigen Gemeindeobjekte (Obj.Nr. 2-6) versorgt. Der bestehende Holzkessel ist mit einem Ölbrenner ausgerüstet, welcher die Notversorgung sicherstellen kann. Die neu zu erstellende Heizzentrale ist auf der Parzelle Nr. 187 eingezeichnet und wird mit einer neuen Fernleitung an die bestehende Fernleitung angeschlossen. Die Rückmeldungen der privaten Interessenten sind je nach Rückmeldung unterschiedlich eingefärbt worden. Abbildung 2: Übersichtsplan Energieholz Die Versorgung der Anlage mit Holzhackschnitzeln wird vom gemeindeeigenen Forstbetrieb übernommen. Die Holzschnitzelanlieferung erfolgt mittels Traktor/Anhänger mit ca Sm 3 Inhalt. Das Holzschnitzelsortiment besteht gemäss Angaben des Forsts etwa aus 50% Weichholz und 50% Hartholz. Der mittlere Wassergehalt der Hackschnitzel beträgt normalerweise ca %. Das entspricht einem Energieholz Sortiment von WS-P45-W35 gemäss QM- Holz mit einen durchschnittlichen Heizwert von rund 850 kwh/sm 3. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 8 von 24

9 Anforderung LRV Die Emissionen dürfen gemäss Luftreinhalte-Verordnung LRV folgende Emissionswerte nicht überschreiten: Abbildung 3: Luftreinhalte-Verordnung, Stand 4. Februar 2014 Zur Minimierung der Emissionen bei Holzfeuerungen wird auf folgende Massnahmen geachtet/geraten: Verzicht auf einen Glutbettunterhaltsbetrieb und dafür Einbau einer automatischen Zündung. Einbau eines genügend grossen Wärmespeichers zur Reduzierung von Ein/Aus- Betrieb der Feuerung. Vermeiden von überdimensionierten Wärmeerzeugern. Möglichst trockenen Brennstoff mit geringem Feinanteil. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 9 von 24

10 4 Anlagenkonzept und Dimensionierung 4.1 Wärmeerzeugung Holzkessel Reserven & Ausbau Feuerungsart Nach einem ausführlichen Vergleich der unterschiedlichen Wärmeerzeugervarianten gemäss Aktennotiz Konzeptvarianten für das vom 7. September 2015, wurde durch die Bauherrschaft entschieden, die Erzeugung als monovalente 1-Kessel Holzschnitzelheizungsanlage mit Wärmespeicher zu realisieren. Dadurch wird 100% des Wärmebedarfs mit Holzenergie aus der Umgebung abgedeckt. Die Wärmeleistung der Bezüger gemäss Tabelle 1: Wärmebedarf Gemeindeobjekte: summiert sich auf insgesamt 323 kw. Mit den Verteilverlusten von rund 12 kw ist eine maximale Wärmeleistung von 335 kw ab Heizzentrale erforderlich. Die Kessellieferanten Schmid AG und Viessmann AG bieten jeweils Produkte für 360 kw respektive 350 kw an, welche auf das vorgesehene Konzept passen würden. Zur Versorgungssicherheit werden Anschlussstutzen für eine mobile Heizzentrale vorgesehen. Es wird empfohlen, mit einem geeigneten Lieferanten eine Wärmeversorgungsgarantie abzuschliessen. Ein auf 360 kw ausgelegter Holzkessel bietet noch geringfügige Reserven für den Anschluss weiterer Objekte. Im Vordergrund stehen hierbei die Objekte 11 & 22, bei welchen ein unmittelbarer Anschluss denkbar wäre. Somit würde die Anschlussleistung (inkl. Verlustleistung) auf rund 378 kw ansteigen. Die Nennleistung des Heizkessels wird vom Lieferanten bei einer Holzfeuchte von 50% angegeben. Gemäss Angaben von der Gemeinde Wil ist mit einer Holzfeuchte von 30-35% zu rechnen, was zu einer leicht höheren Feuerungsleistung des Kessels führen wird. Der Wärmespeicher und die zu erwartende Gleichzeitigkeit bieten zusätzliche Reserven. Somit könnten mit dem geplanten Kessel auch die beiden erwähnten Objekte versorgt werden. Die Anlage ist so konzipiert, dass ein möglicher Ausbau auf eine 2-Kesselanlage realisiert werden könnte. Allerdings ist die Wirtschaftlichkeit einer 2-Kesselanlage fraglich. Denkbar wäre auch, in Abhängigkeit der konkreten Interessenten, gleich zu Beginn einen etwas grösseren Holzkessel zu realisieren und auf einen späteren 2. Kessel ganz zu verzichten. Allerdings muss bei einer solchen Variante stets das Emissionsverhalten im Schwachlastbetrieb im Auge behalten werden. Als Feuerungsart wird ein Vorschubrost eingesetzt. Der wesentliche Vorteil ist die Möglichkeit der Verbrennung von Holz schlechterer Qualität und höherer Feuchte. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 10 von 24

11 Wärmespeicher Betriebsverhalten Zu- und Abluft Staubabscheidung Ascheentsorgung Expansionsanlage Sanitärinstallationen Kaminanlage Der Wärmespeicher spielt eine zentrale Rolle. Plötzliche Leistungsänderungen der Wärmeabnahme wirken sich durch den Wärmespeicher verzögert auf die Wärmeproduktion aus. Somit kann ein effizienter, kontinuierlicher und emissionsarmer Betrieb des Holzkessels sichergestellt werden. Der Wärmespeicher wird grosszügig dimensioniert um den Spitzen- und Schwachlastbetrieb optimal abzudecken. Die Spitzenlast wird im Normalfall jeweils im Winter am Morgen abgerufen. Der Speicher kann anschliessend wieder voll aufladen. Gemäss QM-Holz wird für eine Leistung von 323 kw ein Wärmespeicher von ca. 10 m3 empfohlen. Für das Projekt ist ein Speichervolumen von 20 m3 vorgesehen, was einen noch optimaleren Betrieb ermöglicht. Der Holzkessel kann seine Leistung im Bereich von 30%-100% (108 kw 360 kw) regulieren. Die Leistungsregulierung des Kessels erfolgt anhand des Wärmespeicherladezustands. So kann ein möglichst kontinuierlicher Betrieb des Holzkessels sichergestellt werden. Die Versorgung des Wärmeverbunds erfolgt ab dem Wärmespeicher. Zur Sicherstellung der erforderlichen Verbrennungsluft und einer guten Belüftung der Heizzentrale wird eine Zuluftöffnung in der Fassade vorgesehen. Bei Bedarf kann ein Kulissenschalldämpfer bei der Zuluftöffnung installiert werden. Die Feinstaubabscheidung wird mit einem Elektrofilter realisiert. Der anfallende Staub wird automatisch in einem Container gesammelt. Elektrofilter haben gegenüber anderen Abscheidungsverfahren tiefere Betriebskosten. Auch die anfallende Asche wird automatisch im Container ebenerdig neben dem Holzkessel gesammelt. Es ist eine Druckhaltung mit Kompressor vorgesehen. Ebenso ist eine Entgasung vorgesehen. Die Wassernachspeisung erfolgt manuell. Es ist ein WC mit Waschbecken vorgesehen. Die Kaminanlage weist einen Nenndurchmesser von 300 mm auf. Die Kaminhöhe entspricht der Empfehlung über die Mindesthöhe von Kaminen über Dach gemäss der Luftreinhalteverordnung LRV. Die Kaminanlage der Holzschnitzelfeuerung überragt die Dachoberkante um 1 m. Der Abgasventilator gilt als Hauptlärmquelle. Folgende Massnahmen werden zur Lärmreduktion vorgesehen: Abgasschalldämpfer Verbindung Abgasrohr - Kamin bezüglich Vibrationsübertragung trennen Lagerung des Abgasventilators auf schwingungsdämpfenden Elementen P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 11 von 24

12 4.2 Schnitzelsilo Konzept Dimensionierung Austragung Sicherheit Das Schnitzelsilo wird in offener Bauweise ausgeführt. Der Schubboden wird 2 m unter Terrain gesetzt. Die Holzschnitzel werden direkt und quer zum Schubboden in das Silo gekippt. Bei entsprechendem Füllgrad kann mit dem Radlader das Silo weiter bis zu einer Höhe von 6 m bewirtschaftet werden. Dabei ist der Holzschnitzelhaufen auf dem Schubboden befahrbar. Die Anlieferung erfolgt aus der Bächerwiesstrasse. Ein detaillierter Dispositionsplan ist beigefügt. Das Silo hat eine Grundfläche von 5.5 m auf 8 m und wird 2 m unter Terrain erstellt. Wird das Silo bis bodeneben aufgefüllt entsteht ein Holzvolumen von rund 88 m 3. Dies reicht für ca. 1 Woche bei Volllast (360 kw / -8 C) aus. Das Silo kann zusätzlich 4 m höher (mit ca. 50% Füllgrad) befüllt werden, was zu einem Volumen von 176 m 3 führt, und einem Holzverbrauch von 2 Wochen bei Volllast entspricht. Für die Austragung von Waldhackschnitzeln hat sich die Schubbodenaustragung bewährt. Sie ist robust, hat geringe Störanfälligkeit und ist unempfindlich gegen Fremdstoffe wie Steine. Damit beim Abladen der Schnitzel das Fahrzeug nicht in die Grube fallen kann ist ein genügend hoher Anschlag zu erstellen. Gegen unbefugtes Betreten ist das Silo mit einem abschliessbaren Schwenktor zu sichern. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 12 von 24

13 4.3 Wärmeverteilung Leistungspotentialbestehendes Fernwärmenetz Das bestehende Fernwärmenetz wird nicht erneuert. Somit ist die maximal transportierbare Leistung anhand der bestehenden Rohrgrössen vorgegeben. Aus folgender Tabelle sind die Leistungen bei entsprechender Temperaturdifferenz des Vor-und Rücklauf ersichtlich. Die Werte sind bei einem Druckverlust von 150 Pa/m berechnet worden. Delta T 35 K 30 K 25 K Durchfluss Geschwindigkeit Leistung Leistung Leistung m 3 /h m/s kw kw kw KMR DN KMR DN KMR DN KMR DN KMR DN KMR DN Tabelle 3: Leistungstabelle der FW-Leitungen Die verbauten Rohrleitungen (DN80) können bei einer Temperaturdifferenz von 25 K eine Wärmeleistung von 592 kw transportieren. Die Kapazität des vorhandenen Leitungsnetzes (Messung der Leitungsquerschnitte in den Gebäuden) wurde anhand der Objektliste in Abschnitt 3 geprüft. Für die Objekte (Gemeinde & Private) gemäss Objektliste ist das Leitungsnetz genügend gross ausgelegt. Die verfügbare Kapazität für zusätzliche Bezüger ist im Einzelfall zu prüfen. Neue Fernwärmeleitung ab Heizzentrale Auslegungstemperaturen Rohrleitungen Die neuen Leitungen werden von der Heizzentrale bis zum Anschlusspunkt (siehe Abb. 2 Übersichtsplan) des bestehenden Wärmenetzes geführt und dort verbunden. Die 165 m lange Leitung wird als DN80 ausgeführt. Das Fernwärmenetz wird mit einer VL/RL-Temperatur von 85 C/60 C dimensioniert. Die neuen Fernwärmeleitungen werden mit erdverlegten starren Kunststoffmantelrohren (KMR) ausgeführt. Diese sind bewährt und gewährleisten eine gute Wärmedämmung und damit geringe Verluste im Wärmenetz. Im Vergleich zu flexiblen Rohrleitungen sind die Investitionskosten geringer. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 13 von 24

14 Fernwärmepumpen Druckhaltung Für die Umwälzung des Netzwassers wird in der Heizzentrale eine redundante Pumpengruppe inkl. Frequenzumformer (FU) und Differenzdruckregelung (lokal) installiert. Für den Holzschnitzelkessel muss die Pumpe auf eine Förderhöhe von rund 13 mws und einen Volumenstrom von rund 14 m 3 /h ausgelegt werden Für den Vollausbau (mit zusätzlichen Objekten gemäss Objektliste und einem grösseren Holzkessel von ca. 450 kw) müsste die Pumpe auf rund 16 mws und rund 17m 3 /h ausgelegt werden. Die geodätische Höhendifferenz beträgt 5m bzw. 0.5 bar. Inklusive Pumpendruck und Drucküberlagerung ist ein maximaler Systemdruck von rund 3 bar zu erwarten. Damit sind sämtliche Anlagenkomponenten (Kessel, Wärmetauscher, Leitungen, Armaturen, etc.) auf Druckstufe PN6 auszulegen. Wasseraufbereitung Der Wasserinhalt des gesamten Fernwärmesystems beträgt rund 25 m 3. Folgendes Konzept ist für die Wasseraufbereitung vorgesehen: Entleerung und Spülung des bestehenden Wärmeverbundes Füllen der gesamten Anlage mit demineralisiertem Wasser gemäss Vorschrift Manuelle Nachspeisung über Trinkwassernetz mittels mobiler Vollentsalzungsanlage (Patronen) 4.4 Wärmeabgabe Anpassungen Gemeindehaus Anpassungen Kindergarten / Schulhaus / Alterwohnungen / Feuerwehr / Sternen Das Gemeindehaus wird neu durch den Strang KIGA / Schulhaus / Alters Whg. mit Fernwärme aus der neuen Heizzentrale versorgt. Die beiden Fernwärmegruppen müssen demontiert und die Kesselgruppe verblindet werden. Beim Abgang Gemeindehaus muss vor dem Wärmetauscher ein Wassermengenund RL-Temperaturbegrenzer (z.b. in Form eines Kombiventils) und ein Wärmezähler eingebaut werden. Durch das Kombiventil kann die Leistung des Netzes sichergestellt (möglichst hohe Temperaturspreizung) und Pumpenstrom eingespart werden (reduzierte umzuwälzende Wassermengen). Durch die begrenzten RL-Temperaturen kann zudem eine gute Schichtung des Wärmespeichers sichergestellt werden. Bei den restlichen Gemeindeobjekten werden ebenfalls Kombiventile und Wärmezähler vor den Wärmetauschern installiert. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 14 von 24

15 Private Bezüger Für die zusätzlichen Anschlüsse am Wärmeverbund müssen die Fernleitungen bis zum jeweiligen Objekt erstellt werden. Die Investition für die erforderlichen Installationen ist durch den privaten Bezüger (für Hausanschluss und Hausstation in Form einer einmaligen Anschlussgebühr) zu tragen. Diese Kosten fliessen daher nicht in die Berechnung der Wirtschaftlichkeit gemäss Kapitel 7 ein. Folgenden Arbeiten zu Lasten des privaten Bezüger sind notwendig: Hausanschluss: Anschlussleitung ab Stammleitung inkl. Tiefbauarbeiten Durchführung Heizkeller inkl. Kernbohrung und Abdichtung, Absperrventile Planung und Montage Hausstation: Verrohrung primärseitig von der Hauseinführung bis zur Hausstation Hausstation mit Regelung (inkl. Mengen- und RL-Temperaturbegrenzung) Planung und Montage Sekundärseite: Sekundärseitige Einbindung von Hausstation zu den Heizgruppen Boiler falls erforderlich Planung und Montage Demontage: Demontage bestehende Ölkesselanlagen und Tanks Schnittstellen Private Bezüger Die Anschlüsse (ab Stammleitung bis- und mit Hausstation) würden durch die Gemeinde gebaut und verbleiben im Eigentum der Gemeinde. Die Kosten dafür würden den privaten Bezügern in Form eines einmaligen Anschlusskostenbeitrages verrechnet. 4.5 Mess-, Steuer-, Regeltechnik und Leitsystem (MSRL) Die Kesselsteuerung und die übergeordnete Steuerung (Wärmespeichermanagement, Fernwärmegruppenregelung) werden durch den Kessellieferanten realisiert. Die Fernwartung/Alarmierung wird via GSM-Modul realisiert (kein Telefonanschluss in der Heizzentrale). Die Regelung der Unterstationen erfolgt autonom. Es ist keine Datenverbindung in die Heizzentrale vorgesehen (bestehendes Netz verfügt über keine Datenleitungen). Die Wärmezähler müssen von Hand vor Ort abgelesen werden. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 15 von 24

16 4.6 Zusammenfassung technische Daten Technische Daten Energie und Leistung Nutzenergiebedarf gem. Objektliste 590 MWh Verteilverluste WV 66 MWh/a Verteilverluste WV 10% Wärmeenergie ab Heizzentrale 655 MWh/a davon aus Holz 655 MWh/a davon aus Holz 100% Anschlussleistung gem. Objektliste 323 kw Verlustleistung WV 12 kw Wärmeleistung ab Heizzentrale 335 kw Auslegung Wärmeerzeugung Holzschnitzelkessel 1 (Nennleistung bei 50% Holzfeuchte) 360 kw Fernwärmenetz bestehender Wärmeverbund Anschlussdichte 520 Tm 1.1 MWh/Tm/a Primärenergieverbrauch / Holzschnitzesilo Holzschnitzelverbrauch Nettovolumen Silo Lagerautonomie (bei Vollastbetrieb) 907 Sm3/a 176 m3 15 Tage Ascheentsorgung Ascheeanfall pro Jahr ca. 4 m3 Tabelle 4: Zusammenfassung Bemerkung: Die Feuerungsleistung erhöht sich entsprechend bei einer Holzfeuchte von 30-35%. Hinzu kommt der vollgeladene Wärmespeicher, welcher theoretisch über 8 Tage eine Dauerleistung von 11 kw gewährleisten kann. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 16 von 24

17 5 Demontagen Die nicht mehr benötigten Komponenten im Gemeindehaus (Holzkessel, Fernwärmegruppen etc.) werden stillgelegt und rückgebaut. Der Öltank im Restaurant Sternen wird stillgelegt und abgemeldet. 6 Hoch- und Tiefbau Die massgebenden baulichen Anlagenteile sind im Dispositionsplan von P. Frei + Partner AG/Durena im Anhang 10.1 zu sehen. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 17 von 24

18 7 Wirtschaftlichkeit Alle Preis- und Kostenangaben (Investitionen, Betriebskosten, Energiepreise etc.) verstehen sich jeweils exkl. MwSt. 7.1 Methodik Statische Annuität Die statische Annuitätenrechnung wandelt nur den Investitionsbetrag in durchschnittliche Kapitalkosten um und setzt bei den Energie-, betriebsgebundenen und sonstigen Kosten die Kosten des ersten Jahres ein, es werden also keine Teuerungen (z.b. auf Energiepreisen) oder Bedarfsveränderungen im Laufe der Zeit berücksichtigt. 7.2 Randbedingungen Für die Investitionen und die Wirtschaftlichkeit werden folgende Randbedingungen zugrunde gelegt: Kostengenauigkeit +/- 10 % Kostenstand November 2015 Liefer- und Leistungsumfang gemäss vorstehender Beschreibung Zinssatz 3 % p.a. Amortisationsdauer elektromechanische Anlageteile 20 Jahre, Bau und Fernwärmeleitungen 40 Jahre Holzschnitzelpreis 40 Fr./Sm 3 Elektrizität HT Rp./kWh (EKZ, Mixstrom 2015) Elektrizität NT Rp./kWh (EKZ, Mixstrom 2015) Elektrizität Grundpreis 5.40 CHF/Monat (EKZ, Mixstrom 2015) Nicht enthalten sind: Anschlusskosten der privaten Bezüger. Kantonale Fördergelder Das Förderprogramm Energie des Kantons Zürich fördert die Investitionen von neuen grossen Holzheizanlagen im Leistungsbereich > 300 kw. Ein Ersatz bestehender Holzheizungen wird mit Fr. 40/MWh subventioniert, sofern diese noch nie Subventionen im Sinne von 16 Energiegesetz erhalten haben. Fördergelder wurden vorerst nicht berücksichtigt. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 18 von 24

19 7.3 Investitionskosten (+-10%) In nachfolgender Tabelle sind die notwendigen Investitionen für den in Abschnitt 4 bis 6 beschrieben Leistungsumfang aufgeführt: Investitionen Bauliche Massnahmen Fr. 700'000 Grundstück Fr. 0 Vorbereitungsarbeiten Fr. 4'000 Gebäude, inkl. Planung Hochbau Fr. 581'000 Umgebung Fr. 47'000 Baunebenkosten und UVG Fr. 68'000 Wärmeerzeugung Heizzentrale Fr. 320'000 Siloaustragung Fr. 45'000 Transportanlage Fr. 37'000 Kessel/Feuerung Fr. 99'000 Entaschung/Filter/Reinigung Fr. 76'000 Steuerung Fr. 35'000 Transport/Montage/IBS Fr. 28'000 Installationen Heizzentrale Fr. 157'000 Kesselgruppe Fr. 15'000 Wärmezähler Kessel Fr. 4'500 Leitungen Kessel - Speicher - FW-Gruppe Fr. 14'700 Anschlussleitungen E-Filter / Druckhaltung Fr. 3'100 zusätzliche Armaturen/Feldgeräte Fr. 10'000 Energiespeicher Fr. 25'500 Heizgruppe Fernwärme Fr. 24'000 Expansionsanlage Fr. 25'000 Sanitärinstallationen Fr. 10'000 Neue Kaminanlage Fr. 20'000 Kleinmaterial Fr. 5'000 Umbauten Gemeindeobjekte Fr. 80'000 Rückbau Gemeindehaus/Stilllegung Öltank Sternen Fr. 30'000 Hydraulische Anpassungen Gemeindehaus Fr. 10'000 Einbau von Kombiventilen inkl. Regelung Fr. 16'500 Wärmezähler klein Fr. 15'500 Wärmezähler gross Fr. 7'600 Fernleitungen Fr. 150'000 Fernleitung (Verbindungsleitung) Fr. 150'000 EMSRL Fr. 45'000 Elektroarbeiten Zentrale Fr. 45'000 Honorare Fr. 115'000 HLK+MSR Planung Fr. 103'500 Planung Tiefbau Fr. 11'500 UVG/Rundung Fr. 13'000 UVG, Rundung Fr. 13'000 TOTAL exkl. MWSt Fr. 1'580'000 Mehrwertsteuer 8% Fr. 126'400 Total inkl. MWSt Fr. 1'706'400 Davon Fremdanlagen (Parkplätze, Strasse, Anbau etc.) exkl. MwSt. Fr. 105'000 Total Anteil Holzheizungsanlage exkl. MwSt. Fr. 1'475'000 Mehrwertsteuer 8% Fr. 118'000 Total Anteil Holzheizungsanlage inkl. MwSt. Fr. 1'593'000 P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 19 von 24

20 7.4 Jahres- und Wärmegestehungskostenrechnung Die nachfolgend ermittelten Jahres- und Wärmegestehungskosten decken sämtliche Kosten der Investition und des Betriebs der Heizzentrale inkl. Fernleitungsnetz (nur neuer Teil) ab. Der Anschluss der beiden kurzfristigen privaten Bezüger (11 und 22), sowie die Fremdanlagen sind dabei nicht berücksichtigt. Jahres-/Wärmegestehungskosten exkl. MWSt Kapitalkosten (Investition 1'475 Mio. Fr. exkl. MwSt.) Fr./a 76'400 Energiekosten Fr./a Holz Fr./a 36'300 Elektrizität Fr./a 3'300 Total Energiekosten Fr./a 39'600 Betriebskosten Fr./a 5'220 Wartung/Unterhalt Fr./a 10'440 Total Jahreskosten Fr./a 131'660 Wärmegestehungskosten Rp./kWh 22.3 Tabelle 5: Jahres-/Wärmegestehungskosten Bemerkung Im Vergleich zu Wärmegestehungskosten bei konventionellen Wärmeerzeugungen (15-20 Rp./kWh inkl. MwSt.) sind die vorliegenden Kosten von 22.3 Rp./kWh exkl. MwSt. relativ hoch. Dies unter anderem aufgrund der Investitionen für den Neubau, welcher jedoch diverse Vorteile gegenüber einer Totalsanierung am bestehenden Standort bietet. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 20 von 24

21 7.5 Private Bezüger Der geplante Holzkessel bietet zu wenig Reserven um alle privaten Interessenten anzuschliessen. Damit noch weitere private Objekte angeschlossen werden könnten, müsste die Gemeinde zusätzliche Investitionen tätigen (gleich zu Beginn grösserer Holzkessel oder später zweiter Holzschnitzelkessel). Die dadurch anfallenden Kapitalkosten, sowie die höheren Betriebs- und Unterhaltskosten müssten durch die privaten Bezüger getragen werden, damit für die Gemeinde kein Nachteil entsteht. Ob ein solcher Ausbau zu marktgerechten Wärmepreisen realisiert werden kann, hängt massgeblich davon ab, wie viele zusätzliche Kunden gewonnen werden können. Da das Wärmeabsatzpotential begrenzt ist, wird nachfolgend ein Preismodell für ein Szenario mit grösserem Holzkessel beschrieben. Dabei wird (als worst-case) angenommen, dass der nächst grössere Holzkessel (450 kw) installiert wird, aber schlussendlich dennoch nur rund 40% der in Abschnitt 3 aufgeführten privaten Interessenten anschliessen werden. Zusätzliche Kosten für die Gemeinde Folgende Kosten, welche der Gemeinde für den Anschluss privater Objekte zusätzlich anfallen würden, müssten in ein Preismodell für private Bezüger einfliessen: Kapitalkosten für den Mehrpreis des grösseren Holzkessels Energiekosten Betriebs-, Wartungs- und Unterhaltskosten welche bedingt durch die privaten Bezüger sowie den grösseren Holzkessel anfallen Risikobeitrag Aus diesen Überlegungen wurde untenstehendes Preismodell entwickelt: Anschlusskosten Leistungspreis Die Investitionskosten für den Hausanschluss und die Wärmeübergabestation sind durch den Bezüger zu tragen. Diese Kosten sind abhängig von der jeweiligen Situation und Grösse des Hausanschlusses. Daraus resultieren exemplarisch bei 3% Kapitalzins und 40 Jahren Amortisationszeit schätzungsweise folgende Anschlusskosten: Objekt 11: 4.8 Rp./kWh (Investition rund Fr.) exkl. MwSt. Objekt 22: 3.6 Rp./kWh (Investition rund Fr.) exkl. MwSt. In Fr./kW*a: Mit dem Leistungspreis werden die fixen Kosten gedeckt. Dazu zählen: Kapitalkosten Betrieb, Instandhaltung Versicherung und Verwaltung Leistungspreis 120 Fr./kW*a exkl. MwSt. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 21 von 24

22 Energiepreis Wärmepreis In Rp./kWh: Mit dem Energiepreis werden die variablen Kosten gedeckt: Energiekosten (Brennstoff, Elektrizität) Ascheentsorgung Energiepreis 8 Rp./kWh exkl. MwSt. Somit würde die Gemeinde den privaten Bezügern einen durchschnittlichen Wärmepreis von rund 14.5 Rp./kWh exkl. MwSt. verrechnen. Dazu müssten die privaten Bezüger noch den spezifischen Wärmepreis, welcher aus der Investition des Hausanschlusses resultiert, sowie die Mehrwertsteuer addieren, was zu Vollkosten im Bereich von 20 Rp./kWh inkl. MwSt. führen würde. Marktübliche Preise für Holzwärmeverbunde liegen zwischen 15 und 20 Rp./kWh. Bei kleineren Verbunden eher bei oder leicht über 20 Rp./kWh. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 22 von 24

23 8 Beurteilung und weiteres Vorgehen 8.1 Beurteilung Die konzipierte Anlage entspricht dem Stand der Technik sowie den Anforderungen des AWEL an Holzfeuerungen für einen emissionsarmen Betrieb und ist entsprechend QM-Holzheizwerke ausgelegt. Holzschnitzelheizungen in dieser Anlagengrösse sind in grosser Anzahl und während Jahrzehnten in Betrieb; es handelt sich also um eine erprobte und verlässliche Technik. Die sehr guten Platzverhältnisse beim neuen Standort ermöglichen auch in Zukunft einen einfachen und bedarfsgerechten Ausbau der Heizleistung. Die Wirtschaftlichkeit eines 2 Holzkessels ist jedoch aufgrund des beschränkten Absatzpotentials fraglich. Eine Variante mit einem bedarfsgerechten grösseren Holzkessel schneidet wirtschaftlich besser ab. Durch die Lage der Heizzentrale wird das Dorfzentrum weniger stark mit Verkehrs-, Geruchs-, und Geräuschimmissionen belastet. Zudem wird der Unterhalt (z.b. Ascheentsorgung) durch die ebenerdige Lage der Heizzentrale vereinfacht. Der lokal nachwachsende Energieträger Holz ist CO 2-neutral und generiert in der Gemeinde und Region Arbeit und Ertrag. Lange Transportwege und die Abhängigkeit vom Ausland entfallen. Zudem besteht keine Gefahr einer Heizkostenverteuerung durch eine allfällig weiter steigende CO 2-Abgabe. Mit dem Bau einer ausbaufähigen Holzheizzentrale wird den umliegenden Anwohnern, die Wahl zur Benutzung einer umweltfreundlichen Energie angeboten, mit der Gemeinde Wil als Vorbildfunktion. Obwohl die Wärmegestehungskosten im Vergleich zu ähnlichen Wärmeverbünden als eher hoch zu bewerten sind, wird wiederum gemeindeeigenes Holz genutzt, was zu einem Ertrag für die Gemeinde führt. Für private Bezüger wäre ein Anschluss zu konkurrenzfähigen Preisen (im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien) möglich und es würde für den Holzschnitzelwärmeverbund ein Deckungsbeitrag resultieren. 8.2 Weiteres Vorgehen Nach einem positiven Entscheid an der vorberatenden Gemeindeversammlung vom 21. März 2016 und an der Urnenabstimmung vom 5. Juni 2016, kann das Ausführungsprojekt gestartet werden. Eine Realisierung auf die Heizsaison 2017/18 ist dann inkl. der erforderlichen Fernwärmeleitungen realistisch. Vor Beginn des Ausführungsprojektes sollten die Wärmelieferverträge oder zumindest die Absichtserklärungen mit den privaten Bezügern abgeschlossen werden, damit der Holzkessel auf den entsprechenden Bedarf dimensioniert werden kann. P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 23 von 24

24 9 Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Abbildung 1: Jahresdauerlinie Wärmebedarf Gemeindeobjekte 6 Abbildung 2: Übersichtsplan 8 Abbildung 3: Luftreinhalte-Verordnung, Stand 4. Februar Tabelle 1: Wärmebedarf Gemeindeobjekte 6 Tabelle 2: Wärmebedarf private Interessenten 7 Tabelle 3: Leistungstabelle der FW-Leitungen 13 Tabelle 4: Zusammenfassung 16 Tabelle 5: Jahres-/Wärmegestehungskosten Anhang 10.1 Dispositionsplan - Variante 2, P. Frei + Partner AG/Durena (A1) 10.2 Dispositionsplan Vorabzug, Schmid AG (A2) 10.3 Prinzipschema Heizzentrale (A2) P:\Wil ZH, Holz-NWV\7_Berichte&Präsentationen\Wil ZH -Neubau Holzschnitzelheizung_ _Bericht _Rev2.docx / Revision 2 / 20. Januar 2016 Seite 24 von 24